المشاهدات: 0 المؤلف: محرر الموقع النشر الوقت: 2025-04-10 الأصل: موقع
التفكير وحل مشكلة بوابة أنبوب SIC MOS
كنوع جديد من جهاز أشباه الموصلات ، تم استخدام SIC MOS Tube على نطاق واسع في سيارات الطاقة الجديدة ، والخلايا الكهروضوئية ، والشبكات الذكية وغيرها من المجالات في السنوات الأخيرة مع استحقاق التكنولوجيا. لديها مزايا كبيرة مثل سرعة التبديل السريع ، وانخفاض المقاومة والمقاومة عالية درجة الحرارة ، وأصبحت تدريجيا بديلاً قويًا للأجهزة التقليدية القائمة على السيليكون.
عند أخذ مركبات طاقة جديدة على سبيل المثال ، يتم استخدام أنابيب SIC MOS في المحولات على متن الطائرة لتحسين كفاءة تحويل الطاقة ، وتقليل فقدان الطاقة ، وبالتالي زيادة نطاق الإبحار في السيارة. في الحقل الكهروضوئي ، يمكن أن يحقق المحولات الكهروضوئية التي تستخدم أنابيب SIC MOS كثافة طاقة أعلى وكفاءة التحويل ، مما يقلل من تكاليف النظام.
أهمية دراسة مشكلة البوابة
نظرًا لأن نهاية التحكم الرئيسية لأنبوب SIC MOS ، فإن أدائه وموثوقيته يؤثر بشكل مباشر على استقرار العمل وحياة الجهاز بأكمله. بمجرد أن تتضرر البوابة ، لن يعمل أنبوب SIC MOS بشكل صحيح ، مما يؤدي إلى فشل نظام الدائرة بأكمله ؛ كنوع جديد من جهاز أشباه الموصلات ، تم استخدام SIC MOS Tube على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة ، والخلايا الضوئية ، والشبكات الذكية وغيرها من المجالات مع استحقاق التكنولوجيا في السنوات الأخيرة. لديها مزايا كبيرة مثل سرعة التبديل السريع ، وانخفاض المقاومة ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، وأصبحت تدريجيا بديلاً قويًا للأجهزة التقليدية القائمة على السيليكون.
نظرة عامة على بنية عملية الرقاقة
يشمل بنية عملية الرقاقة لأنبوب SIC MOS بشكل رئيسي الركيزة ، والطبقة الفوقية ، والمصدر ، والصرف ، والبوابة ، والطبقة العازلة. من بينها ، عادةً ما تكون الركيزة مصنوعة من مادة كربيد السيليكون ، والتي لها خصائص الموصلية الحرارية العالية وقوة المجال الكهربائي العالي ، مما يوفر دعمًا بدنيًا جيدًا وجهازًا كهربائيًا للجهاز. تنمو الطبقة الفوقية على الركيزة وتستخدم للتحكم بدقة في المعلمات الكهربائية للجهاز.
يوجد المصدر والتصريف على جانبي الشريحة ، وهما نهايات الإدخال والإخراج للتيار. يتم فصل البوابة عن القناة بطبقة عازلة. يتم التحكم في توصيل القناة وقطعها عن طريق تطبيق الجهد ، وبالتالي تحقيق تنظيم التيار. عادة ما تكون الطبقة العازلة مصنوعة من مواد مثل ثاني أكسيد السيليكون ، وجودتها وسمكها لها تأثير مهم على أداء البوابة.
|
|
موضع ووظيفة البوابة في الشريحة
الموضع: توجد البوابة بين المصدر والتصريف ، وهي متاخمة عن كثب للقناة من خلال الطبقة العازلة. تتمثل وظيفتها الرئيسية في التحكم في توصيل القناة من خلال تأثير المجال الكهربائي ، وتحقيق التحكم الدقيق في التوصيل وإغلاق أنبوب SIC MOS. عندما يتم تطبيق الجهد الإيجابي على البوابة ، يتم تحفيز الإلكترونات في القناة لتشكيل قناة موصلة ، والتي تعمل على تشغيل أنبوب SIC MOS ؛ عندما يكون جهد البوابة صفرًا ، تختفي الإلكترونات في القناة ، يتم إغلاق القناة الموصلة ، ويتم إيقاف تشغيل أنبوب MOS.
الوظيفة: تشبه وظيفة التحكم في البوابة مفتاح الصنبور ، والتي يمكن أن تعدل بدقة حجم تدفق المياه (الحالي) ، مما يضمن أن أنبوب SIC MOS يعمل بشكل ثابت وموثوق في تطبيقات الدوائر المختلفة.
تحليل الأسباب التي تجعل البوابة تضررت بسهولة
آلية عمل مكثف ميلر
نظرًا لعوامل مثل عرض polysilicon ، وعرض القناة والخندق ، وسمك طبقة أكسيد G-pole ، وملف تعريف المنشطات الوصلات PN ، ستولد أنابيب MOS SIC سعة طفيلية ، من بينها أن CGD Miller Capcitor Key Placitor CGD يلعب دورًا مهمًا. CGD ليس ثابتًا ، سيتغير بسرعة مع تغيير الجهد بين البوابة والهجرة
عندما يتم تشغيل أنبوب MOS العالي بشكل مفاجئ ، سيزداد جهد التصريف لأنبوب MOS المنخفض على الفور. في هذا الوقت ، سيتم إنشاء تيار مع حجم من السعة ميلر مضروبة في معدل تغيير الجهد على مكثف Miller لأنبوب MOS منخفضة الجانب. إذا كانت البوابة مفتوحة ، يمكن لهذا التيار شحن مكثف CGS أدناه فقط ، مما سيؤدي إلى ارتفاع جهد البوابة فجأة. عندما يتجاوز جهد البوابة فولطية خط البوابة في أنبوب MOS ، يكون أنبوب MOS عرضة لسوء التصفية ، وسوف يضر السوء الطويل الأجل البوابة.
أمثلة على المشكلات الناجمة عن السعة الطفيلية
في دائرة جسر نصف ، عند تشغيل أنبوب MOS ، بسبب وجود سعة ميلر ، فإنه سيؤثر على بوابة أنبوب MOS آخر. على سبيل المثال ، في تطبيق إمدادات الطاقة التبديل ، نظرًا لتأثير سعة Miller ، يرتفع جهد البوابة بشكل غير طبيعي ، ويتجاوز نطاق جهد البوابة ، وفي النهاية تسبب في انهيار البوابة وتلفها ، مما يجعل مصدر الطاقة بالكامل غير قادر على العمل بشكل طبيعي.
مصادر الجهد الزائد في الدوائر الخارجية
قد يكون سبب الجهد الزائد في الدوائر الخارجية مجموعة متنوعة من الأسباب ، مثل ضربات البرق ، وتقلبات شبكة الطاقة ، وعمليات تبديل الأحمال الاستقرائية ، وما إلى ذلك.
عندما تتقلب شبكة الطاقة ، فإن الزيادة المفاجئة في الجهد ستشكل أيضًا تهديدًا لأنبوب MOS.
عندما يتم فصل الحمل الاستقرائي (مثل المحركات ، المحولات ، إلخ) فجأة ، سيتم إنشاء قوة كهربائية خلفية ، وتشكيل ارتفاع في الجهد عالي للغاية. يمكن أن تنتقل هذه الجهد الزائد إلى بوابة أنبوب MOS SIC من خلال الدائرة ، مما يسبب أضرارًا لها.
مبدأ الضرر للبوابة عن طريق الجهد الزائد
عندما يتجاوز الجهد الموجود على البوابة جهده المقنن ، سوف ينهار أكسيد البوابة ، مما يؤدي إلى انخفاض في أداء العزل بين البوابة والقناة ، أو حتى دائرة قصيرة ؛ سيؤدي ذلك إلى فقد البوابة عن سيطرتها على القناة ، ولن يعمل أنبوب SIC MOS بشكل صحيح. في الحالات الشديدة ، سيؤدي ذلك إلى أضرار دائمة للجهاز
قد يتسبب الجهد الزائد أيضًا في ارتفاع تأثيرات حرارية داخل البوابة ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة مادة البوابة بشكل حاد ، مما يؤدي إلى تدهور أداء المادة ، وزيادة تفاقم الأضرار التي لحقت بالبوابة
خصائص درجة حرارة التشغيل لأنابيب SIC MOS
على الرغم من أن أنابيب SIC MOS لها أداء جيد في درجات الحرارة العالية ، إلا أن معلمات أدائها ستظل تتغير في بيئات درجات الحرارة العالية. مع ارتفاع درجة الحرارة ، ستزداد مقاومة أنبوب SIC MOS ، ستنخفض سرعة التبديل ، وسيزداد تيار التسرب. ستزيد التغييرات في هذه المعلمات من استهلاك الطاقة للجهاز ، وتوليد المزيد من الحرارة ، وزيادة ارتفاع درجة الحرارة.
عندما تتجاوز درجة الحرارة حد معين ، فإنها ستؤثر على مادة البوابة وهيكلها ، مما يقلل من موثوقية البوابة
تأثير ارتفاع درجة الحرارة على مادة البوابة والهيكل
سوف تقلل درجة الحرارة المرتفعة من أداء المادة العازلة للبوابة ، مما يؤدي إلى انخفاض في مقاومة العزل بين البوابة والقناة ، مما يزيد من خطر التسرب. قد تتسبب ارتفاع درجة الحرارة أيضًا في التوسع الحراري للمواد المعدنية في البوابة ، مما يتسبب في ارتباط البوابة والمكونات الأخرى أو كسرها ، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي للبوابة.
في بعض سيناريوهات تطبيق درجات الحرارة العالية ، مثل المعدات الإلكترونية في مقصورة المحرك في السيارة ، يكون أنبوب SIC MOS في بيئة عالية الحرارة لفترة طويلة ، ويزداد احتمال حدوث تلف في البوابة بشكل كبير.
عيوب عملية التصنيع
مشاكل عملية التصنيع المشتركة
أثناء عملية تصنيع أنابيب SIC MOS ، قد تحدث بعض عيوب العملية ، مثل فتحات الدبوس في طبقة أكسيد البوابة ، وتلوث الشوائب ، وانحراف التصوير الضوئي ، وما إلى ذلك ؛ سوف تتسبب هذه العيوب في سماكة غير متساوية لطبقة أكسيد البوابة وقوة المجال الكهربائي المحلي المفرط ، مما يقلل من قدرة الجهد على الجهد.
قد يغير تلوث الشوائب الخصائص الكهربائية لمادة البوابة ويؤثر على التشغيل الطبيعي للبوابة. قد يتسبب انحراف التصوير الفوتوغرافي الضوئي في عدم كفاية دقة البوابة ، مما يؤثر على اتساق أداء الجهاز.
كيف تسبب عيوب العملية تلف البوابة
ستصبح الثغرات في طبقة أكسيد البوابة قنوات تسرب للتيار. عندما يمر التيار عبر فتحات الدبوس ، سيتم إنشاء التدفئة المحلية ، مما يسبب المزيد من الضرر لطبقة الأكسيد.
سيؤدي تلوث الشوائب إلى تغيير مقاومة مادة البوابة ، ويؤثر على توزيع المجال الكهربائي للبوابة ، ويزيد من خطر انهيار البوابة.
سيؤدي حجم البوابة غير المتناسق الناجم عن انحراف التصوير الفوتوغرافي الضوئي إلى اختلافات في أداء بوابة الأجهزة المختلفة. في التطبيقات العملية ، تعتبر البوابات ذات الأداء الضعيف أكثر عرضة للتلف.
مقدمة لمبدأ العمل الأساسي
SMBJ1505CA هو جهاز حماية الدوائر عالية الكفاءة ، ومبدأ العمل الخاص به يعتمد على تأثير انهيار الانهيار في تقاطع PN. عندما يتجاوز الجهد عبر أجهزة التلفزيون جهده ، سيتم تشغيل أجهزة التلفزيون بسرعة وتشبك الجهد الزائد عند مستوى أقل ، وبالتالي حماية الجهاز المحمي من تأثير الجهد المفرط. في الدائرة ، عادة ما يتم توصيل أجهزة التلفزيون بالتوازي مع بوابة أنبوب MOS المحمي. عند حدوث الجهد الزائد العابر ، ستستجيب أجهزة التلفزيون في وقت قصير جدًا (عادةً ما تكون النانو ثانية) وتجاوز الجهد الزائد على الأرض ، بحيث يظل جهد البوابة ضمن نطاق آمن.
SMBJ1505CA الصمام الثنائي القمع العابر تم تصميمه خصيصا لحماية بوابة أنبوب SIC MOS. عادة ما يتم ضبط جهد الانهيار إلى الأمام على حوالي 15 فولت ويتم ضبط جهد الانهيار العكسي على حوالي -5 فولت. يمكن أن يتطابق هذا إعداد الجهد مع نطاق جهد تشغيل البوابة لأنبوب SIC MOS ، مما يحمي البوابة بشكل فعال من الضرر عن طريق الإفراط في الأمام والعكس. يحتوي هذا الصمام الثنائي على خصائص وقت الاستجابة السريعة ، والمقاومة الديناميكية المنخفضة والتسامح مع طاقة النبض العالي. يمكن أن يضمن وقت الاستجابة السريع إجراءً في الوقت المناسب في لحظة الجهد الزائد ، يمكن للمقاومة الديناميكية المنخفضة أن تجعل الجهد الكثب على أقرب وقت ممكن
أسباب استخدام SMBJ1505CA
منع تقلبات الجهد البوابة الناتجة عن الحديث المتبادل
في تطبيقات مثل دوائر الجسر نصف الجسر ، فإن إجراء تبديل وحدة أنبوب SIC MOS سيؤدي إلى تقلب الجهد المصدر للمصادر لمفتاح وحدة أخرى ، أي مشكلة الحديث المتبادل. قد يتسبب الحديث المتبادل الإيجابي في ارتفاع جهد البوابة بشكل إيجابي ، وإذا تجاوز العتبة ، فسوف يسبب فتحًا كاذبًا ؛ قد يزيد الحديث المتبادل السلبي من الجهد البوابة سلبًا ، ويتجاوز حد تحمل الجهد السلبي سيؤدي إلى انهيار البوابة. يمكن أن يقمع الصمام الثنائي لقمع SMBJ1505CA بشكل فعال تقلب الجهد البوابة الناجم عن الحديث المتبادل. عندما يرتفع جهد البوابة أو يسقط بشكل غير طبيعي ، ستتم تشغيل أجهزة التلفزيون بسرعة وتشبك الجهد في نطاق آمن لمنع فتح البوابة الخاطئة.
التعامل مع تهديد الجهد الزائد العابر
كما ذكر أعلاه ، هناك العديد من تهديدات الجهد الزائد العابر في الدائرة الخارجية ، مثل الجهد الزائد الناتجة عن ضربات البرق ، وتقلبات شبكة الطاقة ، ومفاتيح الحمل الاستقرائي. قد تتجاوز هذه الجهد المفرط على الفور الجهد المقاومة لبوابة أنبوب SIC MOS ، مما يسبب أضرارًا لا رجعة فيه للبوابة.
يمكن أن تستجيب ثنائيات القمع العابر بسرعة في لحظة الجهد الزائد ، وتحد من الجهد الزائد ضمن نطاق آمن ، وتوفر حماية موثوقة لبوابة أنابيب MOS ، وتأكد من أن الجهاز يعمل عادة في البيئات الكهربائية القاسية.
فوائد إضافة الثنائيات القمعية العابرة
من خلال قمع الجهد الزائد والعمل المتبادل ، يمكن أن تقلل ثنائيات القمع المؤقت بشكل فعال من الإجهاد الكهربائي على البوابة ويقلل من خطر تلف البوابة ، وبالتالي تحسين موثوقية واستقرار بوابة أنابيب MOS. هذا يساعد على تمديد عمر خدمة أنابيب SIC MOS ، وتقليل حدوث فشل المعدات ، وتحسين موثوقية نظام الدائرة بأكمله.
في مجالات الأتمتة الصناعية ، إلكترونيات الطاقة ، وما إلى ذلك ، فإن موثوقية واستقرار المعدات أمر بالغ الأهمية. يمكن أن يؤدي استخدام ثنائيات القمع العابرة لحماية البوابة إلى ضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل للمعدات وتقليل تكاليف الصيانة.
